本发明涉及用于生产脱硫生物气或具有降低的h2s含量的生物气的设备(plant)和方法。
背景技术：
生物气是在有机物的无氧分解(厌氧发酵)，也称为甲烷化的过程中产生的气体。该分解可以是自然分解，如在沼泽地或在生活垃圾填埋场观察到的自然分解；但生物气的产生也可来自在被称为甲烷化装置(methanizer)或消化器(digester)的专用反应器(其条件受到控制)中，然后在后消化器(post-digester)中的废物甲烷化，后消化器类似于消化器并使得有可能进一步推进甲烷化反应。
生物质是指可通过这种甲烷化过程转化成能量的任何有机物集合，例如处理厂污泥、肥料/液体肥料、农业残渣、食物废弃物等。
消化器，即专用于生物质的甲烷化的反应器，是一种密闭容器，其被加热或未被加热(在环境温度至55℃之间的设定温度下运行)并且连续或顺序搅拌由生物质构成的其内容物。消化器中的条件是无氧的并且生成的生物气存在于消化器的顶空(气体顶空)中，在此将其取出。后消化器类似于消化器。
由于其主要成分(甲烷和二氧化碳)，生物气是强力温室气体；同时，其也构成在化石燃料日益短缺的背景下有前途的可再生能源。
生物气主要含有甲烷(ch4)和二氧化碳(co2)，比例可随生物气的获得方式和底物而变，但也含有较小比例的水、氮气、硫化氢(h2s)或氧气以及痕量形式的其它有机化合物，其中h2s在10至50000ppmv之间。
根据已分解的有机物和根据所用技术，组分的比例不同，但平均而言，生物气包含，在干气体基础上，30％至75％甲烷、15％至60％co2、0％至15％氮气、0％至5％氧气和痕量化合物。
生物气以各种方式提升价值。其可在温和处理后在生产现场附近提升价值，以供应热、电或两者的混合物(热电联产)；高二氧化碳含量降低其热值，提高压缩和运输的成本并将增值的经济优势局限于如此就近使用。
生物气的更强力净化能使其更广泛使用；特别地，生物气的强力净化使得有可能获得已净化到天然气规格并可替代天然气的生物气；由此净化的生物气被称为“生物甲烷”。生物甲烷因此用境内生产的可再生部分(renewablepart)补充天然气资源；其可用于与化石来源的天然气完全相同的用途。其可供入天然气网络或车辆加气站；其也可液化从而以液化天然气(biolng)的形式储存，等等。
根据生物质的组成，在消化过程中产生的生物气含有50至50000ppm含量的硫化氢(h2s)。
无论生物气增值的最终目的地如何，已证实必不可少的是脱除硫化氢，其是有毒和腐蚀性的杂质。此外，如果生物气的用途在于将其净化以将生物甲烷注入天然气网络，严格的规范限制了许可的h2s量。
有几种脱除h2s的方法，并且普及程度不等(活性炭床、加入铁化合物、物理或化学吸收、水洗操作、生物过滤器等)。主要通过在消化器外的活性炭床上的吸附进行脱除。在越来越多的消化器中，也部分通过将空气/富氧空气(enrichedair)/o2注入消化器的气体顶空来实现h2s的减少，这构成原位技术方案。在低剂量注入气体顶空的情况下，由h2s和o2形成固体硫(方程(1))，这通过硫氧化菌，例如硫杆菌(thiobacillus)进行。在注入的o2的高剂量下，该混合物酸化(方程(2))。因此以反应(1)为目标。
h2s 0.5o2→s h2o(1)
h2s 2o2→so42- 2h (2)
在实践中必需的o2注入量不同于通过方程(1)的化学计量学预计的量：通常推荐相对于生成的生物气计0.3％-3％的o2剂量，有时提到高达12％的剂量。
目前，空气/富氧空气(enrichedair)/o2的原位注入未经优化，因此必须保留活性炭床以除去所有h2s。
以此作为出发点，提出的一个问题在于提供有利于更强脱除h2s的改进的设备。
技术实现要素：
本发明的一个技术方案是一种用于生产至少部分脱硫的生物气的设备(plant)，其包含：
-消化器，
-用于将生物炭(biochar)连续引入消化器的工具(means)和
-膜分离单元，其安置在离开消化器的生物气的料流上并包含至少一个允许含硫产物透过的膜。
生物炭是通过木材、稻谷、椰壳等类型的植物生物质在限氧条件下的热解产生的活性炭。
将生物炭引入消化器的液相中，以吸附硫化氢。该吸附在氧存在下有效。如果生物炭和氧以令人满意的比例引入，可除去所有硫化氢。
已吸附硫化氢的生物炭与消化物(digestates)同时排出并且使得有可能提高消化物的泥渣(soils)的营养量(nutritionalcapacity)。
本发明提供了生物炭在消化器内的使用与允许含硫产物透过的膜的组合，从而避免在消化器外使用活性炭床净化生物气。将气态渗透物再循环到消化器，以在消化器内由引入的生物炭处理。
视情况而定，根据本发明的设备可表现出一个或多个下列特征：
-所述消化器包含机械、气动或液动搅拌系统，
-所述装置(device)包含用于提取和压榨与生物气同时产生的消化物的系统，
-所述装置包含用于引入氧化气体的工具，从而使得有可能实现0.3％至3％的气体顶空中的氧含量，
-所述装置在消化器的出口在生物气料流的循环方向上依次包含增压泵、干燥器、压缩机和膜分离单元，
-所述增压泵使得有可能提高生物气的压力到1至2巴，优选1至1.5巴，更优选1至1.3巴的压力，
-所述干燥器在3℃至7℃，优选5℃的温度下。
-所述压缩机使得有可能提高生物气的压力到5至20巴，优选8至15巴的压力。
本发明的另一个主题是使用根据本发明的装置生产至少部分脱硫的生物气的方法，其包括下列阶段：
a)将生物炭连续引入消化器；
b)将生物质引入消化器；
c)生物质在消化器中厌氧消化并产生生物气；
d)生物气和消化物的分离；
e)通过膜分离单元中的膜途径(membraneroute)分离生物气中所含的含硫产物；和
f)回收至少部分脱硫的生物气的料流。
视情况而定，根据本发明的方法可表现出一个或多个下列特征：
-阶段a)和b)同时进行；
-阶段a)在阶段b)之前进行；
-生物炭表现出在1μm至6μm之间的粒度；
-引入消化器的生物炭的量在所述方法的每个时刻t对应于引入消化器的生物质的量的5重量％至15重量％的值；
-所述方法包括，在阶段b)和c)之间，在消化器中搅拌生物炭和生物质的阶段；
-生物质包含少于15％的干物质；
-生物炭具有大于7，优选大于9，更优选大于11的碱性ph。
根据本发明的技术方案使得有可能在膜分离单元的出口获得包含少于50ppm的硫化氢的生物气料流。
消化物可用于撒布在土壤上。
本发明使得有可能以有效方式降低从生物气中净化硫化氢的成本，通过将生物炭引入消化器的液体部分提高已注入的氧与含硫产物的反应性，并且通过剩余含硫产物的渗透及其在消化器顶部的再循环消除用于处理气态生物气的活性炭床。
1.用于生产至少部分脱硫的生物气的装置，其包含：
-消化器，
-用于将生物炭连续引入消化器的工具和
-膜分离单元，其安置在离开消化器的生物气的料流上并包含至少一个允许含硫产物透过的膜。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述消化器包含机械、气动或液动搅拌系统。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于其包含用于提取和压榨与生物气同时产生的消化物的系统。
4.根据权利要求1至3之一的装置，其特征在于其包含用于引入氧化气体的工具，从而使得有可能实现0.3％至3％的气体顶空中的氧含量。
5.根据权利要求1至4之一的装置，其特征在于其在消化器的出口在生物气料流的循环方向上依次包含增压泵、干燥器、压缩机和膜分离单元。
6.根据权利要求5的装置，其特征在于所述增压泵使得有可能提高生物气的压力到1至2巴，优选1至1.5巴，更优选1至1.3巴的压力。
7.根据权利要求5或6的装置，其特征在于所述干燥器在3℃至7℃，优选5℃的温度下。
8.根据权利要求5至7之一的装置，其特征在于所述压缩机使得有可能提高生物气的压力到5至20巴，优选8至15巴的压力。
9.使用根据权利要求1至8之一的装置生产至少部分脱硫的生物气的方法，其包括下列阶段：
a)将生物炭连续引入消化器；
b)将生物质引入消化器；
c)生物质在消化器中厌氧消化并产生生物气；
d)生物气和消化物的分离；
e)通过膜途径分离生物气中所含的含硫产物；和
f)回收至少部分脱硫的生物气的料流。
10.根据权利要求9的生产生物气的方法，其特征在于阶段a)和b)同时进行。
11.根据权利要求9的生产生物气的方法，其特征在于阶段a)在阶段b)之前进行。
12.根据权利要求9至11之一的生产生物气的方法，其特征在于生物炭表现出在1μm至6μm之间的粒度。
13.根据权利要求9至12之一的方法，其特征在于引入消化器的生物炭的量在所述方法的每个时刻t对应于引入消化器的生物质的量的5重量％至15重量％的值。
14.根据权利要求9至13之一的方法，其特征在于其包括，在阶段b)和c)之间，在消化器中搅拌生物炭和生物质的阶段。
15.根据权利要求9至14之一的方法，其特征在于生物质包含少于15％的干物质。
16.根据权利要求9至15之一的方法，其特征在于生物炭具有大于7，优选大于9，更优选大于11的碱性ph。
技术总结